.jpg){kind=icon}
_(1).png){kind=icon}
.jpg)
.png)
.png)
.png)
.png)
Определение и принцип работы активных фильтров
Активные фильтры — это электронные устройства, осуществляющие коррекцию качества электроэнергии за счет мониторинга параметров системы электроснабжения и корректировки формы кривой потребляемого тока и напряжения в сети, при использовании нелинейных потребителей. Нелинейные потребители — это потребители, характер потребления электроэнергии которых невозможно описать линейной зависимостью тока от напряжения (вольт-амперная характеристика).
Примеры оборудования с нелинейным потреблением:
- Преобразователи частоты;
- Тиристорные регуляторы;
- Светодиодное освещение;
- Компьютеры;
- ИБП и пр.
Активные фильтры обеспечиваю 3 главные функции:
- Снижение гармонических искажений;
- Снижение реактивной мощности;
- Уменьшение дисбаланса в сети.
Активные фильтры представляют собой комбинацию пассивных элементов (сопротивления, емкости и конденсаторы), активных компонентов (транзисторы) и встроенной системы управления, что позволяет им выполнять более сложные функции фильтрации по сравнению с пассивными фильтрами.
Рис1. - Принцип работы активного фильтра
Принцип работы активных фильтров заключается в определении тока нагрузки в режиме реального времени с помощью внешнего датчика тока (ТТ), расчета гармонического состав тока нагрузки и, после анализа данных, формирования контроллером задания на драйвер инвертора, состоящим из 12 IGBT-модулей, с помощью ШИМ-сигналов, заставляя инвертор вырабатывать ток противоположный по фазе, равный по величине гармонике нагрузки, который подается в электросеть для компенсации гармонического тока. Таким же образом осуществляется снижение реактивной мощности и дисбаланса в сети.
Рис 2. - Принцип работы активного фильтра при компенсации гармоник
Рис 3. - Принцип работы активного фильтра при компенсации реактивной мощности и дисбаланса в сети
Технические характеристики активных фильтров
Основными характеристиками активных фильтров являются:
- Электрические характеристики:
- Номинальный ток или мощность компенсации: от 25А до 300А и более/от 30 кВАр до 200 кВАр и более,
- Номинальное напряжение: 380/400/415 В или 480/600/690 В,
- Номинальная частота: 50/60 Гц.
- Тип подключения:
- 3-х проводная схема.
может использоваться для систем с потребителями генерирующие нечетные гармоники и гармоники не кратные 3-м (например: 6-пульсные преобразователи частоты)
- 4-х проводная схема.
может использоваться для систем с потребителями генерирующие четные гармоники и гармоники кратные 3-м (например: компьютеры). Для таких потребителей характерно явление скопление нежелательных гармоник в нейтральном проводе, поэтому при подключении фильтра используется 4-х проводная схема, включающая в себя нейтральный провод)
- Производительность активного фильтра:
- КПД системы: 97% и более.
- Диапазон фильтрации: со 2-ой по 50-ю гармоники.
- Скорость компенсации: Время полного отклика ＜5 мс.
- Частота переключений IGBT модулей: до 20 МГц.
- Возможность параллельной работы для увеличения емкости компенсации: безлимитное подключение.
- Защитные функции:
- Защита от перенапряжения;
- Защита от пониженного напряжения;
- Защита от короткого замыкания;
- Защита от неправильного подключения моста инвертора;
- Защита от избыточной компенсации.
- Возможности мониторинга системы:
- Наличие графической панели с мнемосхемой и отражением основных параметров сети: встроенная панель 4.3 дюйма, внешняя панель 7 дюймов;
- Возможность передачи данных по протоколу связи: Modbus RTU/ Modbus TCP и сухие контакты состояния фильтра;
- Запись аварийных сообщение: сохранение до 500 записей.
- Конструктивное исполнение
- Несколько видом исполнения под разные задачи: для монтажа в стойку, на стену или готовое решение в едином корпусе, для параллельно объединенных фильтров;
- Степень защиты: IP20/IP54
- Условия эксплуатации:
- Рабочая температура: -10°C ~ +40°C;
- Относительная влажность: макс. 95 %, без образования конденсата;
- Высота над уровнем моря: ≤1500 м.
Особенности и преимущества активных фильтров
За счет использования активных элементов, DSP-контроллера и новейших технологий активные фильтры обеспечивают систему электроснабжения от таких нежелательных эффектов как резонанс, за счет мониторинга состояния системы в режиме реального времени. Также активные фильтры отличаются быстрой реакцией на изменение в системе, что позволяет расширять парк потребителей в электрической сети.
Рис 4. - Явление резонанса
Активные фильтры способны осуществлять свои три главные функции одновременно, с определением очередности выполнения функции, что позволяет использовать их в широком спектре задач. Например, у потребителя есть проблемы, связанные только с наличием реактивной мощности в сети. При использовании активного фильтра гармоник требуется предусмотреть необходимую мощность на компенсацию реактивной мощности и настроить фильтр таким образом, что алгоритм системы будет сначала компенсировать реактивную мощность, а оставшуюся мощность фильтра потратить на компенсацию гармонических искажений. В настоящее время нет систем электроснабжения без нелинейных потребителей, поэтому некоторое количество паразитных гармоник найдется в каждой системе электроснабжения. То же самое можно сказать о дисбалансе в сети. Данную функцию также можно добавить в алгоритм, определив при этом ее приоритетность.
Принцип монтажа, настройки и работы
Одним из ключевых преимуществ активных фильтров является их способность работать без использования громоздких индуктивных компонентов, что важно для уменьшения размеров и повышения надежности устройств.
Активные фильтры имеют видов исполнения, которые обеспечивают гибкость решения под требования Заказчика: стоечное исполнение, навесное исполнение и готовое решение в едином корпусе, для параллельно объединенных фильтров.
Рис 5. - Стоечное исполнение, настенное исполнение активного фильтра VEDADF
Активные фильтры имеют интуитивно понятный интерфейс, который обеспечивает легкую настройку фильтра перед эксплуатацией. В стандартных проектах необходимо правильно подключить датчики тока, настроить всего несколько параметров и нажать кнопку «Пуск». В остальном фильтр сам определит все необходимые параметры за счет создания в своей системе управления математическую модель вашей системы электроснабжения.
Технические особенности
Активные фильтры обеспечивают гибкость в проектировании и модернизации электронных схем благодаря легко изменяемым характеристикам. Возможность высокой степени миниатюризации и интеграции в современные системы электроснабжения позволяет активным фильтрам занимать важное место в современной технике.
Дополнительная информация и рекомендации
Активные фильтры идеально подходят для использования в современных промышленных применениях, в гражданских применениях, где предъявляются высокие требования к помехам, например больницы, аэропорты прочее.
На данный момент широкое применение активные фильтры приобрели как альтернатива использования устаревшего решения с применением УКРМ. Это вызвано негативным влиянием преобразовательной техники на конденсаторы в составе УКРМ, за счет резонансных явлений.
Рекомендуется при проектировании активных фильтров учитывать все технические параметры и условия эксплуатации, чтобы оптимально выбрать компоненты и схемотехнику. Обучение персонала и использование качественных комплектующих поспособствует долговечности и надежности работы фильтров в различных условиях.